3695
Міжнародна команда астрономів отримала найточнішу на сьогодні оцінку того, скільки гелію утворилося в перші хвилини після Великого вибуху. Спираючись на спостереження 15 малих віддалених галактик із майже первинним хімічним складом, дослідники скоротили невизначеність у вимірі початкової кількості гелію до 0,5% — утричі краще за попередній рівень. Про результати розповідає видання SciTechDaily.
Гелій — легкий хімічний елемент, який зберігає в собі інформацію про те, яким був Всесвіт у перші приблизно п’ять хвилин свого існування. Кількість гелію, що тоді утворилася, чутливо залежить від умов у ранньому космосі, тож точний вимір цієї величини є своєрідним «тестом» для космологічних теорій.
Най«чистіші» галактики як вікно в минуле
Щоб наблизитися до первинного складу Всесвіту, команда зосередилася на 15 малих і дуже віддалених галактиках, чия хімія майже не змінилася від часів раннього космосу. Такі об’єкти вважають одними з найбільш «незайманих» — у них мало важчих елементів, що з’являються пізніше внаслідок зореутворення й вибухів наднових.
Зазвичай для оцінки первісної кількості гелію астрономи вимірювали вміст елементів у великій кількості галактик і за допомогою екстраполяції продовжували тренд назад до умов раннього Всесвіту. Тепер, обравши найдешеволюційніші об’єкти, дослідники змогли значно менше покладатися на непрямі математичні припущення й отримати чистіший сигнал.
На це знадобилося близько 130 годин спостережень за допомогою Дуже великого бінокулярного телескопа (Large Binocular Telescope). Результати подано в серії з п’яти статей в журналі The Astrophysical Journal.
Спектри гелію й водню під мікроскопом
Ключовим інструментом стали спектрографи MODS, створені в Університеті штату Огайо. Вони розкладають світло галактик на окремі довжини хвиль, утворюючи спектр з характерними лініями — саме за ними астрономи визначають вміст гелію та водню.
Команда одночасно проаналізувала понад 10 спектральних ліній гелію і 15 ліній водню. Такий комплексний підхід дозволив врахувати дрібні систематичні ефекти, які можуть послідовно зсувати результати від істинного значення. Раніше ці впливи часто вважали незначними, але на рівні точності кращому за 1% ігнорувати їх уже неможливо.
За словами учасників проєкту, саме таку точність — похибку близько пів відсотка — було закладено в початкову наукову пропозицію, і нові дані їй відповідають. Для фундаментальних космологічних вимірювань настільки точне досягнення запланованої мети є рідкістю.
Перевірка Великого вибуху і Стандартної моделі
Уточнений вимір кількості первинного гелію підсилює одну з трьох головних ліній доказів на користь теорії Великого вибуху. Поряд із розширенням Всесвіту та реліктовим випромінюванням, вміст легких елементів — гелію та дейтерію — слугує важливою перевіркою того, чи правильно моделі описують умови молодого космосу близько 13,8 мільярда років тому.
До цього часу гелію приділяли менше уваги, ніж двом іншим «стовпам» космології. Нова робота скорочує цю прогалину й робить тест на основі гелію значно чутливішим.
Крім космології, результат важливий і для фундаментальної фізики. Виміряна кількість гелію в ранньому Всесвіті дає змогу перевіряти Стандартну модель фізики частинок, яка описує елементарні частинки та їх взаємодії.
Зокрема, за значенням початкової концентрації гелію команда змогла обчислити, скільки «родин» нейтрино — надлегких субатомних частинок — було присутнє в ранньому Всесвіті. Це безпосередньо пов’язує спостереження сучасних галактик із питаннями про те, які саме частинки заповнювали космос, коли йому було всього кілька хвилин.
Автори вважають, що їхній проєкт є масштабним фізичним експериментом, який уточнює фундаментальне число про перші миті існування Всесвіту. Надалі подібні високоточні вимірювання можуть допомогти виявити можливі відхилення від Стандартної моделі або, навпаки, ще раз підтвердити її коректність у екстремальних умовах раннього космосу.
Точний вимір гелію уточнив умови перших хвилин Всесвіту з’явилася спочатку на Цікавості.
.jpg)
